Система электроснабжения Советский патент 1989 года по МПК H02J3/00 

1457059

тель 19 при коротком замыкании в точке Ку, сначала отключается выключатель 19I а затем ограничение тока короткого замыкания осуществляется за счет схемы соединения обмоток ,

4 трансформатора. Выключатели 11, 12 отключают приэтом ограниченный в четыре раза ток в сравнении со случаем сохранения включенного состояния выключателя 19. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Цепь изобретения - повышение надежности путем ограничения токов короткого замыкания. Система электроснабжения содержит трехфазный трансформатор с обмотками 2, 3, 4, подключенный к источнику питания 1. К сециям 7, 8 сборных шин через выключатели 11, 12, 15 подключены нагрузки 9, 10,13, 14. В нормальном режиме секгщи 7 и 8 ра-т ботают раздельно. Ограничение токов короткого замыкания достигается за счет схемы соединения обмоток 3 и 4 трансформатора. В случае, если секции J и 8 объединены через выключас (Л СП ч о Ol

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для передачи и распределения электрической энергии на переменном токе, и может быть использовано при разработке систем электроснабжения промышленных предприятий и схем вьщачи мощности на электростанциях.

Палью изобретения является повьппе- ние надежности путем ограничения токов короткого замыкания.

На фиг. 1 показана схема системы электроснабженияj на фиг. 2 - векторная диаграмма напряжений при соединении обмоток; на фиг. 3 - схема замещения системы электроснабжения, на фиг. 4 - векторная диаграмма, поясняющая нахождение эквивалентной ЭДС при к.з. в точке K,V на-фиг. 5 - векторная диаграмма, поясняющая нахождение напряжения на неаварийной части секции шин при к.з. в точке К на фиг. 6 - система электроснабжения для применения на электрических стан циях.

В состав предлагаемой системы электроснабжения (фиг. 1) входит трахфазиый трансформатор, подключенный к источнику 1 питания. ОбмоТка

2высокого напряжения соединена в звезду с заземленной нейтралью. Нача ла фаз первой расщепленной обмотки

3низкого напряжения соединяются с концами соответствующих фаз второй расщепленной обмотки 4, а начала фаз второй расщепленной обмотки 4 соединяются с концами соответствующих фаз первой расщепленной обмотки 3. При этом образуются соединения, которые в дальяейшем называются двойным треугольником (векторная диаграмма на фиг. 2). Такое соединение в транс

форматорах с расщепленными обмотками 3 и 4 может ВЫП-ОЛНЯТ6СЯ внутри бака трансформатора. В таком случае измес нения в конструкции трансформатора ми нимальны. Возможно вьшолнение данного соединения и на двух отдельных трансформаторах без расщепленных обмоток, но при этом необходимо иметь

10 на крышке бака каждого из трансформаторов начала и концы фазных обмоток, что предусмотрено стандартом, Посколь ку соединение на трансформаторах с расщепленными обмотками 3 и 4 реали15 зуется технически проще, то в даль- нейщем схемы рассматриваются применительно к таким трансформаторам.

Начало фаз обмоток 3 и 4 подключаются через вьрслючатели 5 и 6 к секциям 7 и 8 сборных шин.

В предлагаемой системе электроснабжения подключение нагрузок возможно двумя способами. Нагрузки 9 и 10 подключаются через выключатели 11 и 12 соответственно к первой и второй секциям сборных шин 7 и 8. Это традиционное подключение нагрузки. Часть нагрузки,13 и,14 с целью обеспече- 30 ния более надежного электроснабжения может быть подключена между секциями сборных шин 7 и 8 параллельно соответствующим фазам обмоток 3 и 4. В к качестве такой на-грузки может быть

35 понижающий трансформатор 6-10/0,4 кВ со схемами соединения йУо. Дня его подключения необходимо иметь вьгоеден- ные на крышку бака начала и кон1|;ы фазных обмоток.Нагрузка 13 пофазно

40 подключается через выключатели 15 и .16 параллельно соответствующим фазам обмотки 3, а нагрузка 14 подключается пофазно через выключатели 17 и 18 параллельно соответствующим фазам

20

25

1457059

При номинальных нагрузках 9 и 10 на секциях 7 и 8 при реальных tg ц и при Цц 10,5% разница в напряжениях

обмотки 4. Таких нагрузок может быть несколько.

В предлагаемой системе электроснабжения сеции сборных шин 7 и 8 пля „

обеспечения высокого качества напря- превышает 5-8%.

жений могут быть объединены на napL-1оомат °

лельную работу через коммутирующийФ РМ тора также не превышает 1/-/Т от

аппарат 19. Им может быГ вь -линейного тока нагрузки секц:.и 7 и 8.

тель или токоограничивающее устройст- юо Р « сротношениях нагрузок

во, имеющее в нормальном режиме прак- « 1 о секциям 7 и 8 эта величина тически нулевое сопротивление и повы- превышена, шенное в режиме короткого замыкания.

На фиг. 3 обозначены сопротивле д рассеяния фазы расщепленной 15-з ни .-ja.M ормотки обмотки З.и 4 трансформатора-ЭЛС нагрузки 14 протекают тольЁ„, . Ё. Е , Р , « ° фазам обмотки 4. 2-4%ранс ормато ро |, -т Й-1° ° Г аварийньп. режим к.з.

с, . io,. ib,. ie, нагрузки соотв ;- „мГ / f ° ственно первой и второй секций или ° ( 1 и 3) . При

7,8, токи 1д., 1 , i соответ-Допущении об идеальном расщеплении

ствующих Фа п рвой бмо т 3 НН° ° ° 3 и 4 НН трансформатора (ин, 1JHЛ VITT tTTSTTT.lrt л «.

трансформатораJ токи 1 , I, j соответствующих фаз второй обмотки 4 НН трансформатора.

В схемах электрических станций Сфиг, 6) две синфазные расщепленные

При наличии нагрузок 13 и 14 следует иметь ввиду, что токи нагрузки 13 протекают только по фазам обмотки

25

обмотки 20 и 21 генератора, подключаются непосредственно или через выключатели 22 и 23 к соединенным в двойной треугольник обмоткам 3 и 4 трансформа тор а.

Рассматрим нормальные режимы работы предлагаемой системы электроснабжения, когда секции сборных шин 7.и 8 работают раздельно (коммутационные аппараты 19 отсутствуют или отключены) . Поскольку обмотки 3 и 4 соединены в треугольник, то при оди- наковьк нагрузках на секциях 7 и 8 (отсутствует нагрузка 13 и 14) токи

т т т 4- л.

«if, .яг

,. с.Ь,

в соот-1-1- 1 1«г OlO, . С,Ь, Cjt

ветствующих фазах первой 3 и втйрой

дуктивные сопротивления рассеяния Сосредоточены только в обмотках НН) и при неучете подпитки точки к.з. от нагрузки схему замещения системы мож-- но представить в виде, изображенном ; на фиг.З где Ё„,е, Еа,х, , Ё,,с, гЕа.х, , ЕЬ,,, |Е,..„ Е,„,ЕЬ,У,.

п с.Ъз, ,2, , с,}, , - эдс обмо J ток 3 и трансформатора, Хд - ин- дуктивное сопротивление рассеяния одной расщепленной обмотки. 3, 4 транс- Форматора на стороне треугольника, Как известно, сопротивление х в три

35 раза больше сопротивления обмотки трансформатора х при представлении его схемы замещения в виде звезды т й/з 5

Вектор тока к.з. в фазе а при не- W учете подпитки точки к.з. от нагрузки неаварийной секции 8 составляет

- лл л I, J J±TL

4 обмоток трансформатора будут одинаковы по величине и в 3 раза мень- 45 ще соответствующих линейных токов на- .±Ес,Ь2 грузки 9 и 10 каждой из секций 7 и 8

, с, . 02 ifcz с) В предельном случае несимметрии нагрузок 9 и 10 по секциям 7 и 8 (отключе- 50 на, например, нагрузка 10 йторой секции 8) токи от нагрузки 9 первой, секции 7 протекают через соответствующие фазы обеих обмоток 3 и 4 транс- Форматора. Это приводит к увеличению 55 падения напряжения на обмотках 2. и 4 трансформатора в два раза и к появлению различий напряжений на первой и второй секциях 7 и 8 сборных шин.

i Т -т - Еа.,ь,

1 ft Ti f - -- .tiJi;.

K,o, a,c, д 2--X.

(1)

- Вьтолняя соответствующие векторнью построения (фиг. 4), можно получить

(2)

д- Е Е,, . Ё,ь, - Е,, - Ё,,ь.;

f.. и k - линепная и

стороне Н.

. .,,,.-: L. о, bjd, с,ь t-rt и Е., - линенная и фазная ЭДС на

1457059

ь

При номинальных нагрузках 9 и 10 на секциях 7 и 8 при реальных tg ц и при Цц 10,5% разница в напряжениях

„

превышает 5-8%.

« 1 о секциям 7 и 8 эта величина превышена,

-з ни .-ja.M ормотки нагрузки 14 протекают тольПри наличии нагрузок 13 и 14 следует иметь ввиду, что токи нагрузки 13 протекают только по фазам обмотки

° ° ° 3 и 4 НН трансформатора (инЛ VITT tTTSTTT.lrt л «.

25

дуктивные сопротивления рассеяния Сосредоточены только в обмотках НН) и при неучете подпитки точки к.з. от нагрузки схему замещения системы мож но представить в виде, изображенном ; на фиг.З где Ё„,е, Еа,х, , Ё,,с, гЕа.х, , ЕЬ,,, |Е,..„ Е,„,ЕЬ,У,.

п с.Ъз, ,2, , с,}, , - эдс обмо J ток 3 и трансформатора, Хд - ин- дуктивное сопротивление рассеяния одной расщепленной обмотки. 3, 4 транс- Форматора на стороне треугольника, Как известно, сопротивление х в три

35 раза больше сопротивления обмотки трансформатора х при представлении его схемы замещения в виде звезды т й/з 5

Вектор тока к.з. в фазе а при не- W учете подпитки точки к.з. от нагрузки неаварийной секции 8 составляет

.±Ес,Ь2

i Т -т - Еа.,ь,

1 ft Ti f - -- .tiJi;.

K,o, a,c, д 2--X.

л.±Ес,Ь2

(1)

- Вьтолняя соответствующие векторнью построения (фиг. 4), можно получить

(2)

Е,, . Ё,ь, - Е,, - Ё,,ь.;

- линепная и

стороне Н.

.,,,.-: L. о, bjd, с,ь - линенная и фазная ЭДС на

Если бы расщепленные обмотки 3 и 4 трансформатора соединялись в треугольник .порознь, то нетрудно убедиться, что ток й.з. бьш бы в два раза больше, например.

кзп

(3)

Таким образом, при предлагаемом соединении обмоток трансформатора имеем двухкратное ограничение тока к.з. по сравнению со схемой известной системы,

С целью определения фазных напряжений на неаварийной (второй) секщи 8 обратимся к векторной диаграмме на фиг. 5, Напряжение, например, фа зы неаварийной секции 8 определяется из условия, что при принят йм - соединении обмоток 3 и 4 в двойной треугольник режим трехфазного к.з, на первой секции 7 эквивалентен тому, что в треугольнике ЭДС Ej , А с Е . имеем двухфазное к,а, между фазами с, и Ь, - (U |, О), При этом имеем фазное напряжение U- „-овор 1,5U(., jjgy, причем фаза вектора напряжения не изменяется , Напряжения ЬанеамрИ Uc неавар также увеличиваются в 1,5 раза по сравнению с нормальным значением. Учет влияния неидеальности расщепления обмоток 3 и 4 трансформатора и нагрузки 9 и 10 показывает, что повышение напряжения на неаварййной секции 8 будет меньше.

.вающего устройства применяется быстДля-определения напряжения в режи- 40 родействующее токоограничивающее и

ме к.з. на нагрузках 13 и 14, подключенных пофазно на соответствующие выводы первой и второй расщепленных обмоток 3 и 4 трансформатора, раст смотрим, например фазу нагрузки 13, присоединенную между фазами а.и с трансформатора. Напряжение при трехфазном к.з. в точке Ку равно напряжению фазы с второй- секции 8, ко- i

коммутирующее устройство, то после . прохождения .первой ограниченной полуволны тока к.з, через ноль происгго- дит разъединение секций 7 и 8 и на- 45 ступает режим, описанный ранее.

Возможно применение в качестве то- коограничающего устройства также линейного реактора.

В варианте системы электроснабжения фиг. 6, который предлагается для применения в схемах электрических, станциях, две одинаковые синфазные статорные обмотки 20 и 21 генератора подключены соответственно к обмоткам 3 и 4 повышающего трансформатора. Каждая из обмоток 3 и 4 трансформатора, рассчитьюается на мощность обмотки 20 и 21 генератора.

торое составляет 1,5Um. Поскольку в нормэ.льном режиме к нагрузке 13 и 14 приложено линейное напряжение Зи, имеем небольшое снижение напряжения на нагрузке (на 14%), Аналогичное . снижение напряжения происходит других фазах нагрузок 13 и 14. Уровень снижения напряжения, учитывая его кратковременность, можно считать приемлемым.

Рассмотрим особенности работы предложенной системы электроснабжения при соединении секций 7 и 8 на паралп лельную работу через выключатель 19. В этом случае расщепленные обмотки 3 и 4 работают параллельно, что обеспечивает высокое качество электрической энергии. Нормальный режим работы

0 предложенной системы электроснабжения . в данном режиме аналогичен параллельной работе расщепленных обмоток трансформатора в традиционных схемах. В режимах к.з. сначала отключается сек15 ционный выключатель 19, который должен обладать достаточным .быстродействием. За отключением секционного выключатели 19 наступает режим, о котором уже говорилось, выше. Выключатели 11 и 12 отходящих линий отключают при этом ограниченный в четыре раза .ток по сравнению со случаем сохранения включенного состояния межсекционного выключателя 19.

При объединении на параллельную работу секций 7 и 8 через токоогра- ничивающее устройство в нормальном режиме обеспечивается высокое каче- ство так как его сопротивление в этом режиме практически равно нулю, ТокоограничиВающее.устройство рассчитывается на небаланс нагрузок сек- ций 7 и 8 сборных шин, вследствие

чего затраты на. него невелики. При 35 к,з. на лНИИ, отходящей, например, от первой секции сборных шин 7 (точка К ) , происходит ограничение тока к.з. Если в качестве токоограничи20

25

30

i

коммутирующее устройство, то после . прохождения .первой ограниченной полуволны тока к.з, через ноль происгго- дит разъединение секций 7 и 8 и на- 45 ступает режим, описанный ранее.

Возможно применение в качестве то- коограничающего устройства также линейного реактора.

i

0

В варианте системы электроснабжения фиг. 6, который предлагается для применения в схемах электрических, станциях, две одинаковые синфазные статорные обмотки 20 и 21 генератора подключены соответственно к обмоткам 3 и 4 повышающего трансформатора. Каждая из обмоток 3 и 4 трансформатора, рассчитьюается на мощность обмотки 20 и 21 генератора.

При к.з. в точке К ток в месте к.з. сютадывается из тока от обмотки 20 генератора и тока подпитки со стороны системы 1. В соответствии с проведенным выше анализом ток подпитки от системы 1 ограничен. Вследствие этого ток в месте к.з. будет существенно меньшим.

Допустимо подключение по схеме, изображенной на фиг. 6, и двух отдельных генераторов,имеющих по одной обмотке на статоре. Желательно при этом, чтобы в нормальных режимах активные и реактивные мощности этих генераторов были равны.

Возможно также соединение однотипных обмоток НН трансформаторов не только в двойной треугольник, но при наличии на подстанции большего числа трансформаторов и обмоток также в тройной и более высокой кратности треугольник. Уровень токоограниче- .ния повышается с увеличением кратности соединения обмоток НН. Причем предпочтение в этом случае следует отдать схемам четной кратности, поскольку только в них обеспечивается одинаковый токоограничиваниций эффект в трех фазах. Однако системы электроснабжения с соединением по указанному прин ципу более чем двух обмоток НН вряд ли найдет практичес- кое применение, поскольку отключение хотя бы одного трансформатора, используемого для выполнения требуемых соединений обмоток, неизбежно приведет к полному развалу в функционировании системы.

Формула изобретени

,,„ - . .ж.ллч/си1,1,и-1п идиИс1Л.иИЫМИ ООМО

Lnt7 трехфазный транс- 45 ками на статоре, причем эти обмотки

: -г s:,:v/n п- ----- .-rL--r- -

457059

тем.

что

, с целью повышения надежности путем ограничения токов короткого замыкания, обе расщепленные обмотки трансформатора соединены в двойной треугольник путем подключения начал фаз одной расщепленной обмотки к концам соответствующих фаз другой расщепленной обмотки, причем

10 начала фаз первьй расщепленной обмотки трансформатора соединены с первым выводом, а начала фаз второй расщепленной обмотки соединены с вторым выводом низкого напряжения трансформа15 тора.

и 2

, о т л и 25

30

чающаяся тем, что между одноименными фазами выводов низкого :на- пряжения трансформатора включены выключатели .

5, Система по пп. 1-4, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения бесперебойного питания 35 нагрузок при коротких -замыканиях, на- . грузки подключены пофазно между пер- выми и вторыми выводами трансформатора параллельно соответствующим фазам первой и второй расщепленных обмоток 40 трансформатора.

45 ками на статоре, причем эти обмотки

OL

а,,х,

,4.

Cf- y- Ьг

, Cgb i/CfZi

a, a

/ Cfiff )K

..-1«ИвЯ ИШ ЩНЙ Я§

f Cjlf2J 2

Фа.З

. /

-f;

7/

C2dr

Раг. f

|4

14 I

/

a

иг &г Ci

/

-as

KSCLi

а, а.

uzHopn.

Сгнеав. tSccgHOflfi.

Сг

7-Г

Cf 7

/с Cfbi /

/

bzHend bzHopn. Риг. 5

f U2. S